智能家居报警系统设计教材.docx
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智能家居报警系统设计教材
单片机课程设计报告
智能家居报警系统设计
姓名:
张伟槟、黄洪鑫、郑桂贤
班级：
12电子信息工程3班
学号：
201231190425/18/19
指导老师：
姜晟、邓小玲
日期：
2014年12月19日
华南农业大学工程学院
摘要:
二十一世纪是信息化的年代，“智能”的生活方式成为一种趋势。
无论日常用品，数码产品，或者其他与生活相关的，都以一种“智能”的姿态闯入人类的生活当中。
而人类在享受“智能”带来的方便之时，也活在它所带来的各种隐患之中。
而犯罪带来的家居安全问题，也逐渐引起人们的高度关注。
为了采取高效的方法解决此问题，本设计采用以单片机为控制核心，热释电红外传感器和用LCD显示状态的密码锁模块为保护探测手段，并利用语音报警为阻吓方法，GSM发送手机短信提示财产所有者以及进行报警，设计出应用范围较广，智能化水平较高的智能家居报警系统，对各种意欲破坏家居安全的行为给予本地震慑，并通过远程通知为及时制止犯罪提供足够时间。
关键词：
智能家居安全系统GSM单片机
Abstract:
ThisAlarmingSystemforHomeSecurityaimsatalarmingforsuddeninvadings.Themajorfunctionofitistoguaranteethesaftyofourhome.Bytestinganythreatswithintelligentmethods,italamsandsendmessagestoourmobilephones.Inthisway,itnotonlystopcrimesbythreatingthecrimer,italsoguaranteetheowner’simmediatereflectiontothecrème,whichdecreasestheloss.Torealizethefunctionofit,theSingleChipMicrocomputerisusedtoworkasthecontrollerforthesystem,whilethehumanbodypyroelectricinfraredsensorandthepasswordaccesscontrolmoduleworkasamethodtofindoutthethreats.What’smore?
Whenthesensormoduleistrigged,thealarmmodulewillsendthealarmsignalbysoundandflashlight,alsoitwillcommunicatetotheGSMmoduletosendamessage.
Keywords：
SmartHousesafetySystemGSMMCU
目录
一、系统设计要求4
1.1基本要求4
1.2发挥部分4
二、系统方案论证与选择4
2.1系统基本方案4
2.2系统各模块的方案分析5
2.3系统最终方案7
三、系统的硬件设计与实现7
3.1系统硬件的基本组成部分7
3.2主要单元电路的设计8
四、系统软件设计12
五、系统测试14
5.1测试仪器14
5.2指标测试14
六、总结14
致谢16
参考文献17
一、系统设计要求
1.1基本要求
任选一种报警源：
即密码锁模块（0.5）、人体热释红外感应模块（0.5）可任选一种。
任选一种报警方式：
即可选用喇叭报警（0.5）、彩灯闪烁报警（0.5）、语音报警（附加分5分）、启动GSM模块实现与手机终端通信报警（附加分10分）。
1.2发挥部分
可选择多种报警源、多种报警方式，也可自由添加其他功能，如红外遥控密码锁等。
2、系统方案论证与选择
2.1系统基本方案
根据要求，本设计主要由：
热释电红外传感器、密码输入模块、语音功能模块、显示电路、单片机控制电路、蜂鸣器模块、GSM信号发送模块以及下载模块组成，系统整体框图如图1所示。
图1系统整体框图
PCB板图如图2所示，PCB板图如图3所示：
图3测试仪器列表
2.2系统各模块的方案分析
1.2.1主控制器选择
方案
（1）:
AT89C52作为主控制器，可反复擦写，并且其功能强大，能应用于较复杂的控制场合。
但AT89C52外围电路接线复杂；需要用并行编程器下载程序，并且每次烧写程序都需要握手操作，极不方便。
方案
（2）:
AT89S52作为主控制器，该芯片有低功耗高性能体积小的特点，并且适用于常规编程器，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
另外，AT89S52支持ISP下载，并且可以通过AT89S52系统板预留ISP下载接口，实现在线烧写程序。
方案（3）：
STC89C52作为主控制器，该芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
且具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。
经小组讨论，选择方案（3）。
1.2.2密码输入模块
STC89C52单片机P1引脚外接4×4矩阵键盘，按键有0～9,还有确认、取消、删除等功能按键。
开机后根据液晶屏显示的提示语，按数字键键即可输入密码，按修改密码键，在正确输入旧密码的前提下，即可修改密码。
1.2.3热释红外检测模块
方案
（1）：
采用常用的红外探头作为信号采集模块，该模块集成度高，反应灵敏，但其作用范围小，受外界物体影响较大。
方案
（2）：
采用采用红外热释电处理芯片BISS0001专门处理芯片设计的人体热释红外检测模块，具有较高的灵敏度与较高的分辨度。
并且作用范围宽，是针对人体热释红外检测。
经小组讨论，选择方案
（2）。
1.2.4显示模块
方案
（1）：
采用利用发光二极管的特性组合而成的数字显示器件，通过驱动电路驱动相应的段码，控制相应的二极管的状态显示相应的数字，其中静态显示方式只能显示单个数字，而动态显示方式因其扫描时间会占用大量的系统资源。
方案
（2）：
采用1602液晶模块，它的每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。
同时，能很方便的控制实现清屏、左移右移、光标显示等效果。
而且其显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，能够维持显示的字符并且占用的系统资源也少。
经小组讨论，选用方案
（2）。
1.2.5下载模块
方案
（1）：
串品通信口则是用USB转串口线或串口线。
方案
（2）：
ISP下载口是用ISP下载器加一个ISP软件程序将编好的程序烧录到单片机上，实施方便，性能好。
经小组讨论，选用方案
（2）。
1.2.6声音提醒功能模块
方案
（1）：
使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。
具有稳定、简单等优点。
方案
（2）：
使用语音芯片录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。
报警时发出预设的报警语音。
方案（3）：
既使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。
也使用语音芯片录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。
报警时发出预设的报警语音。
优点，提示功能全面，交互性友好。
经小组讨论，选用方案（3）。
1.2.6GSM模块
无线模块使用常用的GSM/GPRS模块，通过单片机引脚RXD、TXD引脚通过串口控制，在报警时向目标手机发送报警短信。
2.3系统最终方案
为实现本设计，处于各种现实因素如实用性、节能性以及可控性等方面因素的考量，结合上述对比，本小组最终决定采用以下芯片来完成各模块功能的实现:
STC89C52实现单片机控制模块，BISS0001实现热释电红外传感模块，STC89C52单片机P1引脚外接4×4矩阵键盘实现密码锁模块,1602液晶模块实现LCD模块,ISD1760语音芯片与蜂鸣器搭配作为声音提醒功能电路，串口下载器实现下载模块，使用常用的GSM模块作短信报警。
3、系统的硬件设计与实现
3.1系统硬件的基本组成部分
本设计是一个集光、电、声、热、无线通信一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术、无线通信技术和电子技术。
系统可分为传感器检测部分、界面交互部分、智能控制部分和通信部分。
传感部分包括人体热释电检测模块，界面交互部分包括LCD液晶模块、蜂鸣器模块、语音芯片模块及扬声器，智能控制部分包括单片机最小系统和按键矩阵模块，通信部分包括串口通信模块和GSM无线模块。
系统完成了红外检测、密码输入与检测、声音与界面交互、短信报警等各项任务。
为实现此等功能，本设计分为硬件和软件两部分。
硬件电路方面主要由：
热释电红外传感器、密码输入模块、LCD控制显示电路、单片机控制电路、报警器、GSM信号发送模块以及下载模块组成，系统硬件框图如图4所示。
3.2主要单元电路的设计
3.2.1按键矩阵模块
电路使用4×4键盘非编码键盘进行密码输入。
键盘为8线，通过单片机输入
单片机内。
行线接高电平，当没有按键按下时行线呈现高电平，当按键按下时，行线电平输出由列线控制。
使用扫描法逐列将列线置低电平并逐行扫面看有否行
电平从高变低找出按下的键，并通过查表得出对应键的键值。
如图5所示。
3.2.2红外热释感应模块
通过人体红外热释感应模块，能够感知到一定范围内的人体发出的红外线，该模块已集成其外围电路，有三个对外接口，分别为电源、地线和信号线。
上电后，芯片需要1分钟左右的时间初始化，期间会有0-3次高电平出现。
采用持续感应模式，当感应到热源时，信号线输出高电平，热源消失后在一段延时后恢复到低电平。
下次感应到热源时，再次出现高电平，可重复触发。
该模块通过非门进行电平转换后与单片机P3.2（低电平触发）引脚连接，使用外部中断方式控制单片机运行。
如图6所示。
3.2.3LCD显示模块
LCD显示模块用于显示系统状态，密码锁操作状态。
显示模块使用LCD1602，是由液晶显示屏和其译码电路组成，能显示数字英文，两行显示，界面友好。
16个对外接口，8根数据线使用并行连接方式，接单片机P0口，3根控制线分别接单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚，另外5根线用于电源、接地以及控制背光，分别接电源、接地和可调电阻。
如图7所示。
3.2.4蜂鸣器模块
单片机的P3.7引脚产生低电平使蜂鸣器发出响声，通过三极管放大。
充当键盘按键提示音，每按一下键盘会有一声蜂鸣声提示，密码锁状态提示音，确认密码后有若干下蜂鸣声作为密码锁状态提示音，也可参与报警。
如图8所示。
3.2.5语音功能模块
语音报警电路由ISD1760芯片、喇叭、麦克风和控制按钮组成，可进行语音的录入、擦除及播放。
采用芯片的独立按钮模式，引脚REC控制录音，出现低电平时开始录音，引脚LED出现低电平，LED灯亮，表示录音中，低电平消失后停止录音。
引脚ERASE控制录音的擦除，低电平触发，删除当前录音。
引脚VOL控制音量大小，初始为最大音量，低电平触发一次音量大小降低一级，音量总共八级，达到最小后下一次触发返回最大值。
按钮S5、S6、S7分别控制语音报警电路的录音、擦除及音量。
引脚PLAY控制语音播放，低电平触发，播放当前录音，持续的低电平可使其循环播放。
播放引脚与单片机的P2.4连接，当报警时，单片机的P2.4脚持续输出低电平，触发语音报警模块，使模块中预先录入的录音自动循环播放，实现语音报警。
如图9所示。
3.2.6串口通信模块
串口采用工作方式1，单片机的通信引脚RXD、TXD通过芯片MAX232进行电平转换连接串口，单片机的TXD引脚发送信号到MAX232的T1IN，RXD引脚从MAX232的R1OUT接收信号。
该模块可通过连接串口与GSM模块进行通信，发送控制命令及接收应答信号。
还可以通过连接串口把程序下载到单片机芯片中。
如图10所示。
3.2.7GSM无线通信模块
利用单片机发送转换成传输命令字的信码，发送给TC35。
发送短信时，每发送一条指令给GSM模块，TC35返回一条指令。
发送短信时，使用同样的通信方式，不同的通信命令字。
接口电路如图11所示：
4、
系统软件设计
系统程序流程图如图12所示：
5、系统测试
5.1测试仪器
表1测试仪器列表
序号
仪器名称
数量
1
UNI-T数字万用表
1
2
示波器
1
3
万用表
1
4
直流电源
1
5.2指标测试
⑴延时精度
结合12M晶振预分频，采用for语句延时，经测量调整误差不到5微秒。
⑵红外探测测试
红外发射管的电流在5～20mA之间，电流大，发射的红外线强，电流小，工作可靠，检测头相对被检测的物体的距离范围窄，用手移于红外发射接收管底下用示波器观察波形是否存在低、高电平中跳变。
若没有此现象，可进一步慢慢红外发射接收管离地面的距离，直到满意为止。
（3）串口稳定性测试
串口模块使用常用的MAX232芯片，外部电路的电容参数按数据手册结合实际电路微调。
使用示波器观察串口输出特定数据流的波形，如波形符合标准，则模块测试通过。
（4）语音模块测试
先按时长录制一次，按播放的声音调整音量与录音分段的长度。
6、总结
经过一份辛勤的付出与努力，我们组终于圆满完成了单片机的课程设计任务。
从方案讨论，方案确定，再到后期的硬件制作和编程，由于组员分工明确合理，所以一切进展的都很顺利。
此次我们除完成老师既定要求外，包括报警器模块、显示模块、密码锁模块、红外热释电模块，还新增了GSM模块和语音报警模块的功能。
一开始工作进行的还是比较顺利，但当我们调试GSM模块时，我们调试了两天依然没有结果，可我们组依然没有放弃。
最终我们采用了华为的GTM900C，实现了远程发送报警信号的功能。
在整合完所有程序后，我们最终测试成功。
这也标志着我们所用硬件和软件调试成功。
经过这次课程设计，我们组的合作能力进一步提升。
更重要的是我们将平时所学的课本知识与时间相结合，不仅提升了自身的学习水平和能力，而且使得自己的综合能力，尤其是动手能力有更多的提高。
所以，经过这次的课程设计，我们收获的远比我们一开始想象的要多。
致谢
本论文是在姜晟老师、邓小玲老师的亲切教导和悉心指导下完成的。
在论文的写作过程中，虽然花了一定的心血，但由于前期的作业做了一定的铺垫，所以完成的还是比较顺利的。
也感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有他们的文献，我们组也很难将本次文献检索课题完成。
最后，再一次对感谢一路以来关心，帮助过我的老师和队友！
参考文献
【1】王卫星单片机原理与应用开发技术中国水利水电出版社
【2】李孟源测试技术基础西安电子科技大学出版社
【3】康华光电子技术基础高等教育出版社
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